《大學(xué)考研-電動與拖動課件-第5章同步電機(jī)的基本理論.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《大學(xué)考研-電動與拖動課件-第5章同步電機(jī)的基本理論.ppt（91頁珍藏版）》請在匯文網(wǎng)上搜索。

1、大連理工大學(xué)電氣工程系,*5.7 微型同步電動機(jī),5.10 三相同步發(fā)電機(jī)的運行特性,第 5 章 同步電機(jī)的基本理論,5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),5.1 三相同步電機(jī)的工作原理,第 5 章 同步電機(jī)的基本理論,5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),5.3 三相同步電動機(jī)的運行分析,5.4 三相同步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩,5.5 三相同步電動機(jī)的的運行特性,5.6 三相同步電動機(jī)功率因數(shù)的調(diào)節(jié),5.8 三相同步發(fā)電機(jī)的運行分析,5.9 三相同步發(fā)電機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩,5.11 同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的并聯(lián)運行,5.1 三相同步電機(jī)的工作原理,電機(jī)與拖動,*5.12 同步發(fā)電機(jī)的三相突然短路,返回主頁,大連理工大

2、學(xué)電氣工程系,N S,5.1 三相同步電機(jī)的工作原理,定子,轉(zhuǎn)子,勵磁 繞組,一、三相同步電動機(jī),定子 旋轉(zhuǎn)磁場。 轉(zhuǎn)子 直流磁極。 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速,同步,第5章 同步電機(jī)的基本理論,大連理工大學(xué)電氣工程系,同步電動機(jī)中的磁通勢,定子 電樞。 電樞旋轉(zhuǎn)磁通勢 Fam 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢 F0m,氣隙旋轉(zhuǎn)磁通勢 F m,電樞反應(yīng), Fam 對 Fm 的影響。,電動機(jī)狀態(tài),理想空載狀態(tài),功角,5.1 三相同步電機(jī)的工作原理,大連理工大學(xué)電氣工程系,同步電動機(jī)中的感應(yīng)電動勢,5.1 三相同步電機(jī)的工作原理,大連理工大學(xué)電氣工程系,二、三相同步發(fā)電機(jī),勵磁機(jī),F0m,旋轉(zhuǎn)的 F0 m和0,E0,發(fā)電機(jī)運行,5.

3、1 三相同步電機(jī)的工作原理,大連理工大學(xué)電氣工程系,三相同步發(fā)電機(jī)空載運行時,電樞（定子）： I1 (Fam ) = 0 轉(zhuǎn)子每極磁通： 0 空載電動勢： E0 = 4.44 kw1 N1f1 0 或,電樞相電壓： U0P = E0 電樞線電壓（Y 形聯(lián)結(jié)）：,E0 的頻率：,如果： f1 = 50Hz，則： pn = 3 000,5.1 三相同步電機(jī)的工作原理,大連理工大學(xué)電氣工程系,三相同步發(fā)電機(jī)負(fù)載運行時,電樞旋轉(zhuǎn)磁通勢 Fam 轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁通勢 F0m,氣隙旋轉(zhuǎn)磁通勢 Fm,同步電動機(jī)中的感應(yīng)電動勢,5.1 三相同步電機(jī)的工作原理,大連理工大學(xué)電氣工程系,三、三相同步電機(jī)的可逆運行,5.

4、1 三相同步電機(jī)的工作原理,大連理工大學(xué)電氣工程系,5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),一、主要部件 1. 定子（電樞） 2. 轉(zhuǎn)子,由硅鋼片疊成。 對稱三相繞組。,(1)定子鐵心： (2)定子繞組： (3)機(jī)座和端蓋等。,(1)轉(zhuǎn)子鐵心： 由整塊鑄（鍛）鋼制成。 (2)勵磁繞組： 工作時施加直流勵磁。 (3)阻尼繞組和轉(zhuǎn)軸等。,阻尼繞組,第5章 同步電機(jī)的基本理論,大連理工大學(xué)電氣工程系,二、勵磁方式,1. 直流勵磁機(jī)勵磁 勵磁繞組由小型直流發(fā)電機(jī)供電。 2. 靜止整流器勵磁 交流勵磁機(jī)整流直流電 3. 旋轉(zhuǎn)整流器勵磁 交流勵磁機(jī)整流直流電勵磁繞組。,5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),大連理工大學(xué)

5、電氣工程系,1. 按能量轉(zhuǎn)換的方式不同： 同步發(fā)動機(jī)、同步電動機(jī)。 2. 按相數(shù)的不同: 三相、單相。 3. 按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同：隱極式、凸極式。,三、主要種類,N S,+ ,+ ,N S,5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),大連理工大學(xué)電氣工程系,勵磁機(jī),發(fā)電機(jī),水輪機(jī),臥式、立式。 5. 按原動機(jī)的不同： 汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)。,4. 按安裝方式的不同：,5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),大連理工大學(xué)電氣工程系,5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),大連理工大學(xué)電氣工程系,小浪底電站水輪機(jī)組安裝,5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),大連理工大學(xué)電氣工程系,三峽電站首臺機(jī)組安裝,5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)

6、構(gòu),大連理工大學(xué)電氣工程系,水力發(fā)電,5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),大連理工大學(xué)電氣工程系,火力發(fā)電廠,5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),大連理工大學(xué)電氣工程系,燃燒室,燃料,鍋爐的爐膛,循環(huán)水,汽輪機(jī),發(fā)電機(jī),3 600 r/min,升壓變壓器,超熱高壓蒸汽,電能輸出,電能的產(chǎn)生,5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),大連理工大學(xué)電氣工程系,熱電廠 1 煤傳送帶 2 加煤機(jī) 3 粉碎機(jī) 4 鍋爐 5 煤渣 6 空氣預(yù)熱器 7 靜電除塵 8 煙囪 9 汽輪機(jī) 10 冷凝器 11變壓器 12 冷卻塔 13 發(fā)電機(jī) 14 輸電線,5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),大連理工大學(xué)電氣工程系,三相同步電機(jī),5.

7、2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),更多的圖片,大連理工大學(xué)電氣工程系,三相同步電機(jī),5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),更多的圖片,大連理工大學(xué)電氣工程系,同步發(fā)電機(jī),5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),更多的圖片,大連理工大學(xué)電氣工程系,小型同步電機(jī),5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),更多的圖片,大連理工大學(xué)電氣工程系,四、額定值,1. 額定電壓 UN ：線電壓的額定值。 2. 額定電流 IN ：線電流的額定值。 3. 額定功率 PN ：輸出功率的額定值。 三相同步電動機(jī)：,三相同步發(fā)電機(jī)：,4. 額定轉(zhuǎn)速 nN ：額定運行時的轉(zhuǎn)速。 5. 額定頻率 fN ： 50Hz。,5.2 三相同步電機(jī)的基本結(jié)構(gòu),大

8、連理工大學(xué)電氣工程系,一、三相隱極同步電動機(jī)的運行分析,第5章 同步電機(jī)的基本理論,1. 基本方程式,Uf If F0m,F,U1 I1Fam,合成 磁通勢, 漏磁感應(yīng)電動勢： R1、X 定子每相繞組的電阻、漏電抗。,5.3 三相同步電動機(jī)的運行分析,大連理工大學(xué)電氣工程系,(勵磁電動勢不變) (電樞反應(yīng)電動勢隨負(fù)載變化),如果不計磁路飽和，則,Uf If F0m,0,U1 I1 Fam,E0,a,Ea,所以, Xa 電樞反應(yīng)電抗。,5.3 三相同步電動機(jī)的運行分析,大連理工大學(xué)電氣工程系, Xs = XXa 同步電抗。 一般：R1 Xs ，忽略 R1 ，則,2. 等效電路,5.3 三相同步電

9、動機(jī)的運行分析,大連理工大學(xué)電氣工程系,3. 相量圖,(a) 電感性, 功率因數(shù)角。 內(nèi)功率因數(shù)角。 已知：,(b) 電阻性,(c) 電容性, = ,5.3 三相同步電動機(jī)的運行分析,大連理工大學(xué)電氣工程系,(a) 電感性,如果忽略 R1 ，則有,同樣有關(guān)系 = ,(b) 電阻性,(c) 電容性,5.3 三相同步電動機(jī)的運行分析,大連理工大學(xué)電氣工程系,【例5.3.1】 某三相隱極同步電動機(jī)， PN = 50 kW，UN = 380 V，Y 形聯(lián)結(jié)， IN = 90 A，N = 0.8（電感性），R1 = 0.2 ， Xs = 1.2 。求在上 述條件下運行時的 E0、 、 和 。,解：電樞相

10、電壓和相電流為,I1 = IN = 90 A = arccos0.8 = 36.87o 取參考相量：,則,5.3 三相同步電動機(jī)的運行分析,大連理工大學(xué)電氣工程系,由此求得 E0 = 159.72 V = 28.34o = = 8.53o,5.3 三相同步電動機(jī)的運行分析,大連理工大學(xué)電氣工程系,二、三相凸極同步電動機(jī)的運行分析,特點：氣隙不均勻。 同樣的 Fam 產(chǎn)生不同的a 對應(yīng)不同的 Xa 。,如果磁路不飽和：,直軸分量：Id = I1 sin 交軸分量：Iq = I1 cos, 雙反應(yīng)理論。,5.3 三相同步電動機(jī)的運行分析,大連理工大學(xué)電氣工程系,1. 基本方程式,Uf IfF0m0

11、E0 U1 I1,Fad Faq,ad aq,Ead Eaq, Xad 直軸電樞反應(yīng)電抗。 Xaq 交軸電樞反應(yīng)電抗。,5.3 三相同步電動機(jī)的運行分析,大連理工大學(xué)電氣工程系, Xd = XadX 直軸同步電抗。 Xq = XaqX 交軸同步電抗。 如果忽略 R1，則,5.3 三相同步電動機(jī)的運行分析,大連理工大學(xué)電氣工程系,設(shè)虛擬電動勢,2. 等效電路,5.3 三相同步電動機(jī)的運行分析,大連理工大學(xué)電氣工程系, 隱極電動機(jī)可視為凸極電動機(jī)的特例： Xd = Xq = Xs,5.3 三相同步電動機(jī)的運行分析,大連理工大學(xué)電氣工程系,3. 相量圖,設(shè)已知 U1、I1、Xd、Xq 。 取,5.3

12、 三相同步電動機(jī)的運行分析,大連理工大學(xué)電氣工程系,(a) 電感性,(b) 電阻性,5.3 三相同步電動機(jī)的運行分析,大連理工大學(xué)電氣工程系,忽略 R1 時的相量圖(簡化相量圖),(a) 電感性,(b) 電阻性,(c) 電容性,5.3 三相同步電動機(jī)的運行分析,大連理工大學(xué)電氣工程系,由相量圖求得 = 由簡化相量圖還可以求得, 電感性時取“”，電容性時取“”。,5.3 三相同步電動機(jī)的運行分析,大連理工大學(xué)電氣工程系,【例 5.3.2】 一臺三相凸極同步電動機(jī)， UN = 6 000 V，IN = 57.8 A，Y 形聯(lián)結(jié)。當(dāng)電樞電 壓和電流為額定值、功率因數(shù) = 0.8 （電容性） 時，相電

13、動勢 E0 = 6 300 V， = 58o，R1 忽略不 計。求該電動機(jī)的 Xd 和 Xq。 解：電樞相電壓和相電流為,I1 = IN = 57.8 A 由此求得 Id = I1sin = 57.8sin58o A = 49.02 A Iq = I1cos = 57.8cos58o A = 30.63 A = = 58o 36.87o = 21.13o,5.3 三相同步電動機(jī)的運行分析,大連理工大學(xué)電氣工程系,5.3 三相同步電動機(jī)的運行分析,大連理工大學(xué)電氣工程系,5.4 三相同步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩,一、功率 1. 輸入功率（不計勵磁功率） P1 = 3U1I1cos 2. 電樞銅損耗 P

14、Cu = 3R1I12 3. 電磁功率 Pe = P1PCu,5.4 三相同步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩,大連理工大學(xué)電氣工程系,在隱極同步電動機(jī)中 Pe = 3E0 I1cos 在凸極同步電動機(jī)中,Pe = 3EQ I1cos,5.4 三相同步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩,4. 空載損耗 P0 = PFePmePad,鐵損耗,機(jī)械損耗,附加損耗,大連理工大學(xué)電氣工程系,5. 輸出功率 P2 = PeP0 6. 總損耗 Pal = PCuPFe PmePad 7. 功率平衡方程式 P1 P2 = Pal 8. 效率,P1,Pe,P2,5.4 三相同步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩,大連理工大學(xué)電氣工程系,二、轉(zhuǎn)矩 1. 轉(zhuǎn)

15、矩平衡方程式 T2 = TT0,4. 空載轉(zhuǎn)矩,2. 輸出轉(zhuǎn)矩,5.4 三相同步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩,3. 電磁轉(zhuǎn)矩,大連理工大學(xué)電氣工程系,5.4 三相同步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩,穩(wěn)定運行時,T2 = TL,忽略T0， 則,T=T2=TL,大連理工大學(xué)電氣工程系,【例 5.4.1】 已知某三相同步電動機(jī)， n = 1 500 r/min， Xd = 6，Xq = 4， Y 形聯(lián)結(jié)。當(dāng)定子加額定電壓 UN = 380 V，轉(zhuǎn)子加負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL = 30 Nm時，電樞電流 I1 = 10 A，功率因數(shù) = 0.8 （電容性）， = 40o，E0 = 228 V。求 P1、Pe、 P2、PCu、P0 和

16、 T2、T、T0 。 解：P1 = 3U1I1cos,Id = I1sin = 10 sin40o A = 6.43 A EQ = E0(XdXq) Id =228 (64)6.43V = 215.14 V,5.4 三相同步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩,大連理工大學(xué)電氣工程系,Pe = 3EQ I1cos = 3215.1410cos40o W = 4 944.2 W PCu = P1Pe = ( 5 259.24 944.2 ) W = 315 W P0 = PeP2 = ( 4 944.24 710 ) W = 234.2 W T2 = TL = 30 Nm T0 = TT2 = ( 31.4930 ) Nm = 1.49 Nm,5.4 三相同步電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩,大連理工大學(xué)電氣工程系,5.5 三相同步電動機(jī)的運行特性,運行特性 當(dāng) U1 = UN ，f1 = fN ， If = 常數(shù)時， I1 、T、 、 = f (P2) 的關(guān)系。 當(dāng) U1與 E0 （即n 和 If ）為常數(shù)時： Pe = f () T = f (), 功角特性 矩角特性,一、隱極同步電動機(jī)的功角特性和矩角特性 如果忽